摘要：由于物联网融合了传感器技术、计算机技术和通信技术，因此该技术在多个行业的使用逐渐增多。在我国城市污水处理中，传统的手工操作已不再适合应对现代社会的进步，需要寻求现代技术手段来实现这一目标。鉴于污水处理厂距离较远且受到严格监管，自动化管理系统至关重要。但是，目前我国大部分污水处理设施尚未采用自动化控制，造成处理效率低、资源利用不合理等诸多问题。因此，研究基于物联网技术的污水处理解决方案至关重要。本文深入探讨了物联网技术的整体架构，力求将其融入到自动化污水处理系统的各个环节，确保系统能够带来最佳的经济效益。

关键词：工业物联网；污水处理；控制系统；应用

物联网是一种通过电脑与实体之间建立密切联系的手段，其极大地促进了整个行业的自动化进程。随着我国社会经济的快速增长，城市面积逐渐增大，同时城市污水处理能力也逐渐增强。污水处理设备通常放置在基础设施不足的偏远地区，这些设施大多数都使用分布式处理模型，并具有独特的自动化程度、复杂的结构和不同的安全级别。传统的人工巡检技术已经不能满足当前现代生产管理的标准，也无法及时发现潜在的故障并提供有效的报警。因此，借助物联网在不同的硬件设备上建立连接就显得尤为重要，该系统不但能够迅速地把握装备的工作情况，而且能够对各种装备的工作参数及工作情况有一个全面的认识，实现快速响应、精确定位与报警。将物联网技术引入到污水处理控制系统中，既可以有效地缓解污水处理距离远、作业环境差等难题，又有利于提升污水处理的自动化水平，提升污水处理企业的经济效益。

1.物联网的概述与体系结构

1.1物联网的概述

物联网是一种将现代传感器技术、分布式信息处理技术和嵌套计算机技术相结合的新兴技术。物联网系统被视为由感知层、网络层和应用层组成的高度复杂的网络系统。在物联网系统中，微型传感器设备被设计用来收集与各种设备相关的信息，并在使用无线通信方法时收集这些初始数据。基于此，通过对不同类型传感器获得的数据进行分类和处理，得到了相应的分析结论。最后，这一系列数据通过自建的多跳网络传输到终端设备上的用户，保证了传感器、计算机网络和用户之间的无缝连接。借助网络用户界面技术，顺利完成了传感器设备集成和管理的任务，该设计还融入了用户交互界面，让用户可以借助物联网系统轻松完成任务。在物联网系统中，采用无线传感、射频识别技术（RFID）、红外传感器以及全球定位技术和传感器等多种尖端技术，根据独特的通信方式完成数据传输协议，其不仅实现了数据管理过程的自动化，而且加强了物品与物体之间的联系，也改善了物品与人之间的互动。此外，物联网技术平台可以方便地通过互联网为客户提供远程访问功能，从而为各个企业或组织带来可观的经济效益。不久前，该系统已成功完成智能数据识别、位置定位、跟踪、监控和处理等多项功能。

1.2物联网的体系结构

互联网技术的架构分为三个独立的层次，即感知层、网络层和应用层。

首先，在感知级中，采集各种类型的传感器信息，并对其进行深度分析，由该网络所收集到的相关信息能够为用户提供准确、及时的服务。通过整合传感器技术，无线射频识别技术，多媒体数据采集；通过 QR码和即时的地点定位，可以知道不同的装置的物理特性，标签以及相关的声音和影像资料。在此基础上，结合传感网络架构与集群式信息处理方法，实现近距离数据传输、自治网络构建与集群数据分析等关键问题。二是网络级，其任务是建立与移动通信网络和计算机网络之间的互联互通，该系统采用了最新的物联网技术，以确保感知数据的高可靠性和无阻塞性，从而更好地适应真实环境下对象间数据的传递要求。第三是应用层面，主要包括两个核心的子平台：支持软件的支持和平面的应用服务。在此基础上，通过软件支持平台，使各大系统及各应用装置间的信息互通，并借助软件服务平台，加快智能化、智能化的实现。

2.工业物联网在污水处理控制系统应用的优势与价值

2.1提高效率

借助先进的远程数据采集和监控技术，污水处理厂已经具备了即时监控和优化整个工厂设施的能力。这一能力大大增强了设备的效率和处理污水的能力。

2.2降低成本

通过使用远程监控和故障预警系统，不仅可以大幅降低设备维护成本和停机时间，还可以进一步降低污水处理厂的整体成本。

2.3提高环保性

通过防污染的方式通过对水处理厂运行数据的持续跟踪和分析，有能力确保污水处理工艺的稳定性并满足相关法规要求，从而增强污水处理厂在环保方面的实力。

2.4提高安全性

远程观测系统具有实时巡检污水处理厂运行状态的特点，能够快速识别可能存在的安全威胁，从而进一步提升污水处理厂的整体安全运行质量。

3.物联网技术在污水处理系统中的应用

一般来说，企业负责管理若干个污水处理设施，每个设施都位于相对偏远的地区，工厂之间的距离极其有限。每个废水处理厂负责收集和储存多种类型的废水，每个制造工厂都配备了全面的加工设备，并为其运营、技术部门、实验室和办公环境拥有独特的操作程序。但是在实际的运行过程中，生产过程中各个工作流程没有统一的标准，导致车间员工之间经常因沟通不足而出现效率问题。无论在各大工厂，数据、技术、设备、员工等各种资源都无法共享。所以，企业需要以优化运营效率为目标，建立一套高效运营的管理体系，为了能够实时掌握各种污水处理设备的工作状态，企业总部在管理和运营方面投入了大量的人力、资金和资源。随着信息技术的日益成熟，企业逐步构建了基于互联网的信息系统，旨在对污水处理领域进行深入、实时的监测和监管。

3.1完善分厂的自控系统

对每台污水处理设备的控制系统进行了深入的优化运营，确保所有污水处理设备都能与PLC紧密结合。基于以上考虑，将该自动控制系统集成为一个，形成一个统一的整体系统。利用中央控制计算机，通过对各个污水处理系统的主要指标如 pH值和 COD值的检测，取得了较好的效果。通过对提升泵、混合器、鼓风机的准确控制，达到污水的自动控制，使各个车间的自动化程度得到了提高。

3.2组建光纤网络

为实现对各个工厂的远程监测，对各个污水处理厂的设备及仪器网络进行了改造与改进。在该方案中，企业在光缆网内搭建了一套企业光缆接入网，并将光缆接入到各个分企业的中央控制电脑上，并为每台电脑配置一个固定的 IP地址。

3.3搭建污水处理物联网系统

在完成光缆接入之后，建立了专用的污水治理物联网平台，购置了相应的数据管理服务器及管理软件，并研制出相应的物联网系统平台，有效地管理各个部门的信息。考虑到污水的难以处理，每个生产车间必须配备专用的控制单元，以确保其能够完成所需的工作。为了保证各污水处理厂的自控系统能够无缝连接，对何分厂现有的各种组态软件进行了升级更换，统一采用了IFIX组态软件和一致的通讯协议。这是为了保证数据传输过程的稳健性，在此基础上，成功构建了以光纤传感检测技术为核心的系统，分散式水处理项目的监测网络框架。研究结束后，利用光纤网络技术对污水处理厂内的所有设备、仪器进行管理，并集成信息反馈系统，保证物理互联。开发了基于以太网的分布式污水处理自动控制系统，这一创新实用技术使每个污水处理中心都成为生产监控的核心。可以全面了解工厂内的生产状况，具备远程操作各种生产工具、实时监测水质变化的能力。还可以实时监控设备工作状况。

4.污水物联网监测系统应用技术

4.1硬件选择与设计

4.1.1S7-200PLC控制系统

在系统设计过程中，选用西门子S7-200系列PLC作为核心控制单元，其外围I/O接口设计相当全面，可以满足各种工业控制需求。同时，它还具有丰富的通讯协议可供选择，并提供友好的人机界面。从通信技术的角度来看，S7-200PLC可以通过其内部的485接口与其他微处理器交换数据。

4.1.2STC12C5A60S2单片机

S7-200PLC控制器已与STC12C5A60S2微控制器建立了通信链路。通过编程，实现电机转速、电流等参数的采集，并向单片机发送指令，完成需要的控制动作，该微控制器的关键部分是一个具有51个内核的8位宽微处理器，其内部结构涵盖中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器、计数器和各种I/O接口电路。由于单片机内部有很多外围器件，因此在硬件设计时需要考虑如何减少这些外围器件对芯片运行的影响，使整个控制系统具有良好的抗干扰性能。在芯片制造过程中，采用了COMS技术，该技术保证了芯片的功耗极低，其能量损耗仅为120mW，完全满足系统的通信需求。

4.1.3RS485串口通讯模块

在工业领域，PLC与单片机之间的通信实际上是常用的RS485串行通信技术。

4.1.4GSM无线通讯模块

无线通信方面，选择了GSM900A无线通信模块来完成数据传输，该模块是以微处理器为核心的嵌入式系统，集成了短信接收、GPRS数据传输和语音通话等功能，已广泛应用于传统工控领域，以其低能耗、紧凑的尺寸和高度的用户友好性而受到普遍好评。在设计过程中，使用TCP通信协议进行数据传输，该模块中的传感器采集现场环境的温度、湿度等信息。STC80C51单片机对采集到的PLC数据进行深入计算和处理，并利用单片机的UART串口将这些处理后的数据传输给GSM900A模块，该系统还包括无线收发模块，用于传输控制指令和接收来自上位机的命令。随后，模块内部的天线将数据传输到服务器，从而实现对这些数据的实时监控。

4.2软件系统设计

4.2.1PLC软件程序设计

PLC的编制就是要根据现场装置的特殊要求，对实际工作中的各种装置进行设定，尤其是对电动机、水泵等的工作状况进行调整。增加出水量的水泵、机械格栅、搅拌装置、除臭装置，增加污水提升泵、加料泵、搅拌泵等、消毒液水泵，送风机及数据传送系统。

4.2.2单片机软件设计

在设计单片机软件时，数据之间的通信处理被视为关键步骤。通常，单片机需要对接收到的信息进行判断和分析，然后向继电器或其他设备发出相应的指令或控制信号，这说明PLC可以自主管理实时数据，并通过单片机的串行接口将这些数据传送给单片机。单片机对采集到的信号进行分析后，得到需要控制的参数。经过单片机计算处理后，数据将通过不同的串口传输。如果数据有错误，需要重新下载数据，以保证数据传输的准确性。在接受端，通过程序编写 CRC检查，确保收到的数据和发出的数据完全相同，以防止数据遗失。在程序设计中，重点包括初始化程序，中断开始，数据接收；每个系统的功能包括 CRC校验、数据处理、数据传输等。

4.2.3GSM通讯模块程序设计

在软件开发阶段，GSM通信模块的编程起着核心作用，其主要功能是通过无线通信模块将实时现场数据信息传输到服务器。该程序可以对远程控制设备进行监视和控制，并可以及时将相关信息发送到用户的手机上。该软件的开发流程主要包括：系统初始化、GSM启动、串口中断启动、数据信息读取、数据完整性检查、AT命令发送和监控数据传输。

5.工业物联网在污水处理过程中的展望

5.1能够促进现代化城市进行安全供水

推动城市污水处理技术向更加智能化的方向演进，对于城市排水系统和防洪策略的设计起着非常关键的作用。随着技术和信息化的逐步深入和完善，自动化降雨预报预警方法已成为主流发展方向。通过综合采集河流、湖泊、水库、渠道的各类信息，并与生态环境实时监测和评估相结合，可以更加准确地估算、分配和管理水资源，从而为城市发展做出贡献。健康稳定，有利于营造和谐社会氛围。

5.2颠覆传统的供水管理工作模式

污水处理行业正逐步走向智能化、标准化、科学化、自动化。随着时间的推移，我国城镇化进程不断加快，城镇污水处理设施数量逐年增加。城市污水处理技术也因此得到显着提高，以水资源和水环境为水资源利用的主要关注点，政府水管理和监管转向更加精细化的模式，工业物联网管理取得重大进展。随着社会不断前进，技术日新月异，我国城市供水行业不仅保持了原有的模式，而且实现了重大创新和突破，为市民的日常生活提供了极大的便利，同时也改善了居住环境和生活质量。

5.3能够更好的提高供水的服务质量

在工业物联网系统的实际应用中，为了生产出符合标准的产品，还应增强供水过程的安全和服务意识。要确保在保证水质的前提下，推动供水服务业现代化，让工业物联网系统更加智能化。

结语

总而言之，利用一种基于无线传感器的城污水处理控制系统。然后，通过该统的软件平台，可以对各种信息进行实时的分析与分析，从而达到对各种传感器的自动控制与作业；这样，就可以顺利地进行资料的集成管理与共享。在此基础上，提出了基于物联网的污水治理模式，为污水治理提供了全新的思想与方法，并为企业创造了巨大的经济价值。随着国内环境保护的日益加强，相信所有的污水处理装置都会应用到网路通讯中，以达到真正的自动化发展。

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基金项目：河北省高等学校科学计划研究青年基金项目《基于物联网的污水处理监控系统优化研究》项目编号：QN2019222，邢台市智能工厂监控与网络技术创新中心。